Решения по автоматизации ТП промышленных предприятий
Построение системы энергоэффективного производства
И.С. Пилипенко, В.Н. Куликов (Компания Эмерсон)
Представлены решения по мониторингу, управлению и оптимизации потребления энергии на производствах - Energy
Advisor и Plant Optimizer. Решения предназначены для повышения их энергетической эффективности промышленных
предприятий.
Ключевые слова: энергетический менеджмент, мониторинг, автоматизация, повышение качества регулирования,
баланс энергоресурсов предприятия, система энергетического менеджмента.
Одной из актуальных задач современных производств является снижение потребления энергоресурсов и повышение результативности их использования. Для достижения этой цели были приняты
международный стандарт ISO 50001 и его российский аналог — ГОСТ Р ИСО 50001-2012, в которых
изложены принципы построения систем и рабочих
процессов для энергоэффективных производств.
В соответствии с ними, для успешного системного
управления использованием энергоресуров на производстве требуются не только качественные измерения
технологических параметров, но и организация учета,
сбора, хранения, доступа к данным, контроль и аналитическая отчетность.
Для представления картины производства и потребления энергоресурсов как в реальном времени,
так и в сравнении с различными периодами времени
в прошлом, необходим доступ к первичной информации учета (измеряемым величинам) энергетических
ресурсов, представление информации в простом для
восприятия виде на рабочих местах специалистов организации и аналитические отчеты. Эта информация
поддержит процесс принятия управленческих решений, а средства подготовки отчетности помогут оценить их качество по ключевым показателям эффективности. Систематический подход к системам и рабочим
процессам, внедрение средств энергетического мониторинга является основой для непрерывного повышения энергетической эффективности производства.
Инструменты и решения в области
энергоэффективности
Компания Эмерсон предоставляет специалистам
инструменты, которые позволят реализовать на предприятии систему энергетического менеджмента
и внедрить решения для повышения энергетической
эффективности. К числу таких инструментов и решений относится система энергетического мониторинга
предприятия и средства оптимизации энергоресурсов
предприятия [1].
Программное обеспечение системы энергетичес­
кого менеджмента (Energy Management Information
System — EMIS), предлагаемое компанией Эмерсон, состоит из двух основных компонентов: Energy
Advisor – для энергетического мониторинга и Plant
Optimizer — для оптимизации энергоресурсов предприятия в реальном времени.
А ВТО М АТ И ЗА Ц И Я
В
Система энергетического мониторинга Energy
Advisor представляет информацию пользователям
в виде систематизированных достоверных данных
с расчетом ключевых показателей в режиме реального
времени и упрощает работу по планированию, анализу, выбору перспективных решений, направленных
на улучшение энергетических результатов деятельности предприятия. Система представляет более точную
информацию для определения мест получения дополнительной прибыли, напрямую связанную с экономией электроэнергоносителей, помогает моделировать и прогнозировать потребление и выработку
энергоносителей оборудованием, участками, цехами,
а также делать оценку ключевых показателей эффективности потребления энергоресурсов.
Система отвечает требованиям директивы по эффективному использованию энергии EED.
Средства оптимизации энергоресурсов Plant
Optimizer предприятия обеспечивают реализацию
алгоритмов оптимизации выработки и потребления
энергоресурсов предприятия на уровне систем управления. Это позволяет сократить потребление топлива,
использовать более дешевые энергоносители, достичь
высоких ключевых показателей энергетической эффективности и сократить затраты на энергию и, тем
самым, общие эксплуатационные затраты.
Архитектура системы энергетического менеджмента
Архитектура системы энергетического мониторинга строится в соответствии с классической архитектурой АСУТП и подразделяется на три уровня. Нижний
(полевой) уровень системы объединяет информационное поле средств измерений, включая счетчики и устройства учета. Средний уровень реализуется
на базе контроллеров РСУ (DeltaV, Ovation) или ПЛК
(ControlWave). Оба уровня системы могут реализовываться на базе оборудования Эмерсон (рис. 1).
Современные АСУТП полностью выполняют
функции полевого и среднего уровня — получение
данных от средств измерений, их обработку в контроллерах и предоставление данных системам верхнего уровня. Средства измерения, дополнительно
устанавливаемые при внедрении системы энергетического мониторинга, подключаются к существующим
АСУТП без установки дополнительных контроллеров
и независимых систем сбора и обработки данных.
Верхний уровень системы энергетического мониторинга создается с использованием серверного
П РОМЫШЛЕН Н О СТИ
март 2016
Http://www.avtprom.ru
Введение
25
Решения по автоматизации ТП промышленных предприятий
Обмен информацией системы
энергетического мониторинга с автоматизированными системами
предприятия, в том числе АСУТП,
системами учета, а также с другими
устройствами, включая приборы
учета, реализуется с применением
технологии OPC.
Http://www.avtprom.ru
Возможности энергетического
мониторинга с ПО Energy
Advisor
26
Система
Energy
Advisor
(рис. 2) выполняет следующие
основные функции:
• автоматическое получение
данных, необходимых для энергетического мониторинга, из архива истории процесса или систем управления;
• интеграция с ПО PI System
Рис. 1 Структурная схема системы энергетического мониторинга и смежных систем
компании OSISoft без использооборудования и ПО Microsoft на базе прикладного
вания дополнительных средств;
ПО Energy Advisor — компонента системы энергети• разбиение производства на центры учета энергоческого менеджмента EMIS, которая разработана ком- ресурсов, по каждому из которых возможен отдельпанией Эмерсон совместно с партнером, компанией ный анализ данных и формирование отчетов;
RtTech.
• расчет ключевых показателей эффективности
Исходные данные, необходимые для работы си- (в натуральном и стоимостном выражении);
стемы энергетического мониторинга, собираются
• расчет отклонений потребления энергоресурсов
и сохраняются в системе архивирования данных ТП и других ключевых показателей эффективности отв реальном времени. Стандартным решением являет- носительно целевых оптимальных показателей;
ся платформа PI System компании OSISoft, партнера
• настраиваемые пользовательские отчеты и визуакомпании Эмерсон; в этом случае Energy Advisor име- лизация отчетов по форме заказчика;
ет прямой доступ к данным архива истории процесса
• защищенный доступ через Internet в реальном вребез дополнительной интеграции, а за сбор данных от- мени к данным мониторинга и потребления энергии
вечает ПО PI System.
по типам энергии, к средствам поддержки принятия
решений с настройками, определяемыми профилями пользователей (в первую очередь выделенными профилями
административно-технического персонала и оперативно-диспетчерского
персонала).
Данные
предприятия
орга­
ни­
зуются в иерархическую структуру,
создаваемую пользователем в соответствии со структурой предприятия.
Иерархическая структура данных основана на концепции центров учета энергии (Energy Account Centre —
EAC). Это структурная единица системы энергомониторинга, где учитывается производство, потребле­ние
и трансформация энергоресурсов
из одного вида в другой. По каждому центру учета энергии ведется контроль и расчет баланса энергоресурсов, поступающих в него из сети предРис. 2. Рабочий экран Energy Advisor
приятия и отдаваемых из него в сеть
март 2016
А В Т О М А Т ИЗ АЦ И Я
В
П РОМЫШЛЕН Н О СТ И
Решения по автоматизации ТП промышленных предприятий
предприятия. В качестве центра учета энергии может
выступать отдельный технологический аппарат, блок
установки или установка в целом.
Для каждого центра учета энергии можно определить типы энергоресурсов, которые потребляются в центре учета энергии или передаются из него
в общую сеть. Система Energy Advisor имеет набор
предопределенных типов энергоресурсов (электроэнергия, пар, природный газ и др.) и предоставляет
возможность создавать новые типы энергоресурсов,
специфические для предприятия (например, доменный газ). Energy Advisor автоматически запрашивает
необходимые параметры для каждого типа энергоресурсов, определенного пользователем.
Пакет Energy Advisor содержит математические
модели «первых принципов» (балансовые управления
и строгие физико-химические зависимости) для расчета характеристик технологических аппаратов (котлов, печей, теплообменников и т. д.), а также позволяет реализовать регрессионные модели зависимостей
выходов от входов для любых аппаратов и установок.
Эти модели создаются на основе архива данных установки, позволяют определить целевые показатели потребления энергоресурсов и ключевые показатели эффективности и сравнивать фактически достигаемые
показатели с целевыми. Результаты расчетов математических моделей и ключевых показателей эффективности предоставляются конечному пользователю
в виде отчетов или графиков в наглядной форме.
ПО Energy Advisor построено по модульному
принципу, каждый модуль отвечает за определенную
функцию приложения.
Модуль вычислений Energy Advisor через настраиваемые интервалы создает записи для хранения агрегированных данных по каждому типу энергии и для
каждой технологической установки. Эти записи используются при расчетах, подготовке отчетов и для
хранения сводных показателей по производству и потреблению энергоресурсов.
Модуль расчета целевых показателей потребления
энергии на основании архивных данных позволяет
строить математические зависимости и рассчитывать
целевые значения потребления энергии для каждого
типа энергоресурсов и по каждому центру учета энергии. Позволяет сравнивать целевые значения с фактическим энергопотреблением в реальном времени
и определять, насколько режим работы рассматриваемого технологического аппарата, блока или установки близок к оптимальному целевому режиму. Модуль
обеспечивает визуализацию рассчитанных показателей в виде диаграмм и трендов (рис. 3).
Специальный модуль коррекции осуществляет проверку целостности данных и может автоматически
удалять «выбросы» и ошибочные значения в исходных данных перед их использованием в любых компонентах Energy Advisor.
Модуль Web-отчетов предназначен для отображения данных, хранящихся в Energy Advisor, в различных форматах отчетности. Данные отображаются
в удобном виде, адаптированном под потребности
пользователя системы. Отчеты составляются с использованием служб Microsoft Reporting Services и могут открываться в Internet Explorer.
Модуль мониторинга потребления энергии регистрирует все события, связанные с чрезмерным потреблением энергии на предприятии. Эти события
включаются в отчет так, что по одному отчету можно
определить начальное и конечное время, установку
или объект, с которыми связано событие.
Web-служба, основанная на XML технологии позволяет передать данные, сохраненные компонентом
Event Frames, в любую стороннюю систему, например, в приложение для составления отчетности или
в систему технического обслуживания.
Средства конфигурации представляют собой Webинструмент настройки, имеющий простой пользовательский интерфейс, с помощью которого администраторы Energy Advisor могут производить настройку
и вносить изменения в существующую конфигурацию.
Таким образом, Energy Advisor
предоставляет множество функций, с помощью которых можно
в реальном времени принимать
гибкие решения относительно
управления предприятием.
Рис.3. Рабочий экран модуля расчета целевых показателей
А ВТО М АТ И ЗА Ц И Я
В
Данное приложение принимает данные из системы
энергетического мониторинга,
рассчитывает модель и выдает
результаты расчета оптимального режима ТП в реальном времени в автоматическом режиме.
П РОМЫШЛЕН Н О СТИ
март 2016
Http://www.avtprom.ru
Оптимизации энергоресурсов
предприятия с приложением
Plant Optimizer
27
Решения по автоматизации ТП промышленных предприятий
Оно реализовано в виде выделенного приложения
на отдельном ПК серверного типа.
Plant Optimizer выполняет следующие функции:
• моделирование потоков энергоресурсов предприятия, в том числе систем выработки пара и электроэнергии, с учетом потребностей в энергии технологических установок и их реального потребления;
• выполнение оптимизации с целью формирования
рекомендаций, определяющих производительность
и режимы работы оборудования, с целью эксплуатации оборудования с минимальными затратами/максимальным коэффициентом полезного действия;
• возможность оперативной и автономной (многовариантной) оптимизации.
Возможности оптимизатора позволяют реализовать следующие функции:
• определять в реальном времени целевой оптимальный режим работы генерирующих мощностей,
отвечающий всем требованиям по выработке пара
и электроэнергии с учетом технологических ограничений и требований;
• выдавать рекомендации по уставкам для параметров производства пара/расхода топлива для всех
аппаратов на основании требований по производительности, рабочих условий и технологических ограничений.
Оптимизатор позволяет выполнять многовариантный анализ, направленный на оценку затрат и показателей эффективности, связанных с изменениями
потребностей предприятия, например, вследствие
добавления новых технологических установок. Интеграция оптимизатора с АСУТП позволяет выдавать
управляющие воздействия с целью привести режим
ТП к рассчитанному оптимуму.
Алгоритмы управления внедряются непосредственно в РСУ, если установка находится под управлением РСУ DeltaV [2]. Если установка находится
под управлением РСУ других производителей, интеграция возможна с использованием протокола OPC.
об энергоресурсах и представление данных в простом
для восприятия виде, контроль и целевая отчетность.
Благодаря опыту консультирования по промышленной энергетике и внедрения за рубежом, а также
надежным субподрядчикам компания Эмерсон готова реализовывать комплексные проекты, направленные на оптимизацию потребления энергоресурсов
и оптимизацию затрат предприятия на энергию.
Создание системы энергетического мониторинга на предприятии позволяет сделать информацию
об энергетических ресурсах доступной для каждого
пользователя системы, а предоставление информации в простом для восприятия виде на рабочих местах
специалистов организации упрощает процесс принятия решений в управлении.
Дальнейшая работа по повышению эффективности использования энергии строится согласно
создаваемой предприятием стратегии, построенной
по принципу «сверху-вниз», параллельно с планомерной работой по решению технических проблем,
организованной по принципу «снизу-вверх»:
– анализ текущей результативности процесса
управления использованием энергии;
– определение обязанностей в части управления;
– разработка упрощенного анализа эффективности;
– выявление эффективных решений;
– внедрение решений, показывающих быстрые результаты, таких как предоставление данных диспетчерам в наглядном формате, внедрение систем автоматизации и оптимального управления и т. д.;
– проверка результативности мероприятий.
За счет внедрения мероприятий по повышению
энергоэффективности в организациях достигается высокий экономический эффект, составляющий
в мировой практике до 7…10% экономии энергоресурсов.
Список литературы
1. Стоккил Д. Энергоэффективность в перерабатывающей
промышленности. Руководство пользователя по стаЗаключение
бильной энергоэффективности. [Электронный ресурс].
Основой успешного системного управления исМ., 2015. URL:http://www2.emerson.com.
пользованием энергии являются высококачествен- 2. Крейдлин Е.Ю. DeltaV – от управления процессами к
ные измерения технологических параметров, органиобучению операторов // Автоматизация в промышлензация учета, сбора, хранения и представления данных
ности. 2016. №3.
Http://www.avtprom.ru
Пилипенко Игорь Сергеевич – консультант по внедрению решений для энергоэффективности производств,
Куликов Вячеслав Николаевич – Dr.-Ing., руководитель группы
высокотехнологичных решений компании Эмерсон.
Контактный телефон (495) 995-95-59.
E-mail:[email protected] [email protected]
28
Оформить подписку на журнал "Автоматизация в промышленности" вы можете:
через каталоги “Роспечать” 81874 и “Пресса России” 39206 • сайт журнала http://www.avtprom.ru • Редакцию
Адрес редакции: 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 65, офис 360 Тел.: (495) 334-91-30, (926)212-60-97 E-mail: [email protected]
март 2016
А В Т О М А Т ИЗ АЦ И Я
В
П РОМЫШЛЕН Н О СТ И